四倍頻細分電路 (含波形圖)

當光電編碼器順時(shí)針旋轉時(shí)，通道A輸出波形超前通道B輸出波形90埃D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為高電平，Q(波形W2)為低電平，上面與非門(mén)打開(kāi)，計數脈沖通過(guò)(波形W3)，送至雙向計數器74LS193的加脈沖輸入端CU，進(jìn)行加法計數；此時(shí)，下面與非門(mén)關(guān)閉，其輸出為高電平(波形W4)。當光電編碼器逆時(shí)針旋轉時(shí)，通道A輸出波形比通道B輸出波形延遲90埃D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為低電平，Q(波形W2)為高電平，上面與非門(mén)關(guān)閉，其輸出為高電平(波形W3)；此時(shí)，下面與非門(mén)打開(kāi)，計數脈沖通過(guò)(波形W4)，送至雙向計數器74LS193的減脈沖輸入端CD，進(jìn)行減法計數。

汽車(chē)方向盤(pán)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉時(shí)，其最大旋轉角度均為兩圈半，選用分辨率為360個(gè)脈沖/圈的編碼器，其最大輸出脈沖數為900個(gè)；實(shí)際使用的計數電路用3片74LS193組成，在系統上電初始化時(shí)，先對其進(jìn)行復位(CLR信號)，再將其初值設為800H，即2048(LD信號)；如此，當方向盤(pán)順時(shí)針旋轉時(shí)，計數電路的輸出范圍為2048～2948，當方向盤(pán)逆時(shí)針旋轉時(shí)，計數電路的輸出范圍為2048～1148；計數電路的數據輸出D0～D11送至數據處理電路。

實(shí)際使用時(shí)，方向盤(pán)頻繁地進(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針轉動(dòng)，由于存在量化誤差，工作較長(cháng)一段時(shí)間后，方向盤(pán)回中時(shí)計數電路輸出可能不是2048，而是有幾個(gè)字的偏差；為解決這一問(wèn)題，我們增加了一個(gè)方向盤(pán)回中檢測電路，系統工作后，數據處理電路在模擬器處于非操作狀態(tài)時(shí)，系統檢測回中檢測電路，若方向盤(pán)處于回中狀態(tài)，而計數電路的數據輸出不是2048，可對計數電路進(jìn)行復位，并重新設置初值。

2.2 光電編碼器在重力測量?jì)x中的應用

采用旋轉式光電編碼器，把它的轉軸與重力測量?jì)x中補償旋鈕軸相連。重力測量?jì)x中補償旋鈕的角位移量轉化為某種電信號量；旋轉式光電編碼器分兩種，絕對編碼器和增量編碼器。

增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤(pán)比絕對編碼器碼盤(pán)要簡(jiǎn)單得多且分辨率更高。一般只需要三條碼道，這里的碼道實(shí)際上已不具有絕對編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計數脈沖。它的碼盤(pán)的外道和中間道有數目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區（光柵），但是兩道扇區相互錯開(kāi)半個(gè)區。當碼盤(pán)轉動(dòng)時(shí)，它的輸出信號是相位差為90暗A相和B相脈沖信號以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號（它作為碼盤(pán)的基準位置，給計數系統提供一個(gè)初始的零位信號）。從A，B兩個(gè)輸出信號的相位關(guān)系（超前或滯后）可判斷旋轉的方向。由圖3（a）可見(jiàn)，當碼盤(pán)正轉時(shí)，A道脈沖波形比B道超前π/2，而反轉時(shí)，A道脈沖比B道滯后π/2。圖3（b）是一實(shí)際電路，用A道整形波的下沿觸發(fā)單穩態(tài)產(chǎn)生的正脈沖與B道整形波相‘與’，當碼盤(pán)正轉時(shí)只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖輸出。因此，增量編碼器是根據輸出脈沖源和脈沖計數來(lái)確定碼盤(pán)的轉動(dòng)方向和相對角位移量。通常，若編碼器有N個(gè)（碼道）輸出信號，其相位差為π/ N，可計數脈沖為2N倍光柵數，現在N=2。圖3電路的缺點(diǎn)是有時(shí)會(huì )產(chǎn)生誤記脈沖造成誤差，這種情況出現在當某一道信號處于‘高’或‘低’電平狀態(tài)，而另一道信號正處于‘高’和 ‘低’之間的往返變化狀態(tài)，此時(shí)碼盤(pán)雖然未產(chǎn)生位移，但是會(huì )產(chǎn)生單方向的輸出脈沖。例如，碼盤(pán)發(fā)生抖動(dòng)或手動(dòng)對準位置時(shí)（下面可以看到，在重力儀測量時(shí)就會(huì )有這種情況）。